海底车作为深海矿产开采的重要设备,面对复杂的海底地形,海底车行星轮系执行机构需完成跨沟、越障、上下台阶等多种复杂动作。根据海底行星轮式行走机构的性能特点和传动特点,建立行星轮系越障静力学模型和力学平衡方程,对轮系工作行走机构完成跨沟、越障、上下台阶等多种复杂动作进行动作设计和工况分析。基于ADMAS建立了轮组行走机构的系统仿真模型,选取车辆单边越障、车体跨越900mm壕沟、坡度为42°行星轮行走机构爬坡过程等工况进行分析。分析结果表明：行星轮系动作执行系统越障时整车的运行工况良好,安全可靠完成设计目标要求。设计分析过程可以为海底车行星轮系动作执行系统的设计优化及其他相关的研究提供理论依据和参考。

对旋转机械进行频谱结构预测可以有效地掌握设备未来的运行状态,预判故障类型、性质,锁定故障位置。由于基于单源信息的频谱结构具有不确定性,无法进行预测研究。为保证预测结果的唯一性和准确性,将全矢谱技术引入预测模型,结合灰色GM(1,1)模型,构建全矢-GM(1,1)预测方法用于设备频谱结构预测研究。以汽轮机转子为对象,对其频谱结构进行多步预测,预测精度较高、误差可接受。实验结果表明,该方法能准确对设备频谱结构进行预测,为预知维修提供技术支持。

为改善刹车制动系统的动态特性。依据动力学原理推导盘式刹车片的固有频率解析式,运用OptiStruct对不同材料属性的盘式刹车片进行模态分析并验证理论解析的正确性,确定制动系统中最佳的材料。基于HyperMorph对盘式制动盘进行预变形定义并作为形状优化的设计变量,通过OptiStruct优化求解器计算盘式制动盘的最佳结构形状和设计变量灵敏度。它大大提高了盘式制动盘的低阶固有频率且灵敏度分析可给出优化过程中对优化结果影响最大的设计变量并进行针对性的改进。该方法对提高刹车制动系统的性能、降低制动噪音和减小振动有着非常重要的意义。

借助谐响应分析辨识出柔性石墨纸轧机动刚度的薄弱环节,并利用灵敏度分析方法建立该环节的优化数学模型,进而实现对整机动刚度的提升。通过对各部件刚度提升前后的柔性石墨纸轧机进行模态分析,并对比各部件对整机固有频率的影响,辨识出薄弱部位为底座,故以底座为优化对象;将牌坊Y向共振频率对底座尺寸的灵敏度曲线拟合得出优化目标函数,以Y向共振频率为优化目标,质量为约束条件建立优化方程并求解;对比优化前后整机的动刚度,得出：在质量不增加的情况下,整机薄弱频率提升了24.1%,Y向振幅降低了15.9%。为提高优化效率提供了理论依据和参考。

针对传统螺栓预紧连接中螺纹牙根部应力集中现象严重,螺栓易发生断裂失效的现状,设计出了一种柔性螺母结构。采用有限元计算方法,探讨了柔性螺母结构参数对螺栓连接应力分布的影响,并分析了相关作用机制,得到如下结论：相比于普通螺母连接,柔性螺母连接的螺栓第一道螺纹牙应力下降约为54%,应力集中程度明显减小,最大应力下降了37.1%,螺纹应力沿轴向分布趋于均匀,降低了螺栓发生疲劳断裂的风险;螺母螺纹牙的最大应力下降了14.7%,不均匀程度也有改善;支撑面倾角θ的存在,只是改变了螺栓连接系统的应力分布状态,其大小的改变对降低结构应力水平的影响不大;当D/e在1.15左右时,柔性螺母变直径处的应力集中可以减小甚至消除;柔性螺母连接的螺纹牙最大应力及其应力均匀化程度,与柔性螺母总厚度H的增加和支撑面宽度L呈正比,与六角段厚度h呈反比...

为了解决行车取力发电容积调速系统输入转速扰动引起的马达转速波动的问题,提出了应用PID＋前馈控制算法进行补偿控制的方法,建立泵-马达容积调速系统Simulink仿真模型,分析系统输入转速变化时系统的响应特性,对前馈＋PID控制算法进行仿真研究,通过实验对系统的输入转速特性以及控制算法进行研究。实验得到了系统的转速特性曲线,实验结果表明：针对抑制输入转速扰动引起的马达转速波动的问题,前馈＋PID控制相对常规PID控制系统的瞬态误差减小了13%,调整时间缩短了1.5s。研究结果对改善行车取力发电系统的发电质量具有重要意义。

针对全地面起重机在收放绳过程中,容易出现乱绳现象的问题,设计并提出一种全地面起重机超起卷扬自动排绳系统。根据自动排绳系统的实际结构情况,建立系统整体模型,并在Matlab/Simulink中仿真,为了更好的解决系统响应速度缓慢的问题,加入常规PID控制算法,以提高响应速度,考虑到外界干扰等因素,并要求PID控制参数能够自动调节,以实现对非线性、时变系统的有效调节,基于模糊PID控制策略对自动排绳系统进行了优化研究,进一步提高了响应速度,降低了跟踪误差,更好的满足了实际工况的需要。

在对复杂曲面加工过程中往往会遇到曲率变化过大的区域,这将导致相邻刀触点的刀轴矢量发生剧烈波动,影响加工质量,同时也会使得机床的稳定性下降。针对这一问题,提出一种基于曲面划分的刀轴矢量规划方法。该方法通过离散曲面,并计算各离散点的高斯曲率与平均曲率,以此为依据将曲面划分为多个区域。依次规划每个区域的刀轴矢量,对于出现的局部突变点进行优化。该方法有效地减小了刀轴矢量变化率。通过仿真实验分析验证了该方法的有效性。

基于线弹性和小变形以及欧拉伯努利梁理论,对圆弧曲梁柔性铰链的柔度以及精度进行了分析,得到了柔度与精度公式。使用ANSYS对柔度公式进行了验证。该公式在细长曲梁的情况之下有足够的精确性。设计了一种基于圆弧曲梁柔性铰链的多环平行导向机构,并对此机构分别在水平作用和竖直作用下的平行导向性能进行了有限元分析,有限元结果表明此机构能够满足对水平方向和竖直方向上的导向功能。为柔性铰链的研究以及柔顺机构的设计均提供了一定的参考和借鉴。

在曲柄连杆式硬币清分机的市场调研、方案设计、功能原理的基础上,对曲柄连杆式硬币清分机的整体造型进行了创新设计。通过三维数字化设计软件完成了结构设计、虚拟装配、机构运动仿真和设计优化,并利用FDM工艺成型原理样机模型,验证了外观造型、产品结构与机构设计的可行性,为相关行业进行产品开发设计提供借鉴与参考。所研制的曲柄连杆式硬币清分机实现了硬币的机械自动化清分、计数和包装,具有外形美观、结构紧凑、设计精巧、清分准确、效率较高等优点,并在公交公司、银行、商场等领域具有极高的推广应用价值。